JPH10180733A - Method for minute molding of ceramic element - Google Patents

Method for minute molding of ceramic element

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JPH10180733A
JPH10180733A JP9313325A JP31332597A JPH10180733A JP H10180733 A JPH10180733 A JP H10180733A JP 9313325 A JP9313325 A JP 9313325A JP 31332597 A JP31332597 A JP 31332597A JP H10180733 A JPH10180733 A JP H10180733A
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ceramic
molding
ribbon
mold
green
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Syamal K Ghosh
クマー ゴーシュ シャマル
Edward P Furlani
ピー.ファーラニ エドワード
William J Grande
ジェイ.グランデ ウィリアム
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    • B28B7/34Moulds, cores, or mandrels of special material, e.g. destructible materials
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28BSHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
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    • B28B1/002Producing shaped prefabricated articles from the material assembled from preformed elements
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2883/00Use of polymers having silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only, in the main chain, as mould material

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for minute molding of ceramics wherein minute features are duplicated with high resolution. SOLUTION: A method for minute molding of a ceramic element comprises a process wherein a master mold containing minute features in the range of 0.1-1000μm in dimensions is obtained by subjecting a silicon wafer to etching, a process wherein a female master mold is formed of a material enabling duplication of the minute features, by using the master mold, a process wherein this female master mold is fitted to a die, a process wherein a ceramic powder of which the average particle size is in the range of 0.01-0.3μm is charged in this die, a process wherein an unprocessed base element is formed by compression-molding the ceramic powder and a process wherein this unprocessed base element is sintered.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に構造体又は
要素の成形方法に、そしてより詳細には、複製された微
細特徴を高い分解能で含むセラミック構造体又は要素の
微細成形方法に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to a method of forming a structure or element, and more particularly, to a method of forming a ceramic structure or element that includes replicated microfeatures at a high resolution.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来技術では、多種多様な材料を成形す
るため各種の成形技法が知られている。このような成形
技法として、例えば、所定量の溶融材料をダイの中に射
出することによる金属、プラスチックス及びセラミック
スの射出成形法、並びにプラスチック材料を熱と圧力で
賦形するプラスチックスの圧縮成形法が挙げられる。セ
ラミックスを成形するための各種圧縮法が従来技術とし
て周知である。これらの圧縮法には乾式プレス法、常温
等圧プレス法、ホットプレス法が含まれる。ホットプレ
ス法は、一般に圧縮と焼結が同時に行われると考えられ
ている。これらの圧縮法の実施に際しては、セラミック
粉末に結合剤を混合してから圧縮される。結合剤の使用
量は一般に5重量%未満である。さらに、押出成形法、
射出成形法、ゲルキャスト法及びテープキャスト法をは
じめとする他の成形技法によってセラミックスを成形で
きることが知られている。これらの従来の成形技法は、
それ自体本質的に、所望の物理的特徴を必要な分解能
(resolution)で含む小型(5mm3 以下)の要素又は
構造体を製造するために使用することができない。さら
に、これらの従来の成形技法では、個別に成形された小
型のセラミック部品を合併して一体構造物にすることが
できない。
2. Description of the Prior Art In the prior art, various molding techniques are known for molding a wide variety of materials. Such molding techniques include, for example, injection molding of metals, plastics, and ceramics by injecting a predetermined amount of molten material into a die, and compression molding of plastics, which shapes plastic materials with heat and pressure. Law. Various compression methods for forming ceramics are well known in the prior art. These compression methods include a dry pressing method, a normal temperature isostatic pressing method, and a hot pressing method. In the hot pressing method, it is generally considered that compression and sintering are performed simultaneously. In carrying out these compression methods, a ceramic powder is mixed with a binder and then compressed. The amount of binder used is generally less than 5% by weight. In addition, the extrusion method,
It is known that ceramics can be molded by other molding techniques including injection molding, gel casting and tape casting. These conventional molding techniques are:
As such, it cannot be used per se to produce small (5 mm 3 or less) elements or structures that contain the desired physical features at the required resolution. In addition, these conventional molding techniques do not allow for the merging of individually molded small ceramic components into an integral structure.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
はセラミックスの微細成形方法を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、微細特徴を高い分解能で複製
する微細成形方法を提供することにある。本発明の別の
目的は、セラミック構造体及び要素の成形品の自動化大
量生産に適用することが可能なセラミックスの微細成形
方法を提供することにある。本発明のさらに別の目的
は、後で互いに統合することにより一体型のセラミック
構造体を形成することができる個別のセラミック要素を
微細成形するための方法を提供することにある。本発明
のさらに別の目的は、大きさが5mm3 未満のセラミッ
ク構造体及び要素を成形するための方法を提供すること
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for finely forming ceramics.
It is a further object of the present invention to provide a fine molding method for replicating fine features with high resolution. Another object of the present invention is to provide a method for finely molding ceramics which can be applied to automated mass production of molded articles of ceramic structures and elements. It is yet another object of the present invention to provide a method for microforming discrete ceramic elements that can be subsequently integrated together to form an integral ceramic structure. Still another object of the present invention is to provide a method for magnitude molding a ceramic structure and elements of less than 5 mm 3.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】簡単に述べると、本発明
の上記の及びその他の多くの特徴、目的及び利点は、詳
細な説明、特許請求の範囲及び添付の図面から明らかで
ある。これらの特徴、目的及び利点は、まずシリコンウ
ェハーと乾式エッチング技法を使用して種型(master m
old)デバイスを製作することにより達成される。横の最
小サイズが0.1μm程度で深さが0.1μmからシリ
コンウェハーの厚さの範囲にある空間的特徴を、シリコ
ンウェハー上にエッチングすることができ、そしてシリ
コーンゴムにより複製することができる。次いで、該シ
リコン種型デバイスを周囲金型に配置し、その周囲金型
にシリコーン又はシリコーンゴム、好ましくはRTV
(商標)(室温加硫性シリコーンゴム化合物)を装填す
ることによって、雌種型(negative master mold)を製
作する。このような材料は、種型デバイスの微細特徴の
各々を非常に詳細に0.1μm程度の分解能で複製す
る。次いで、この雌種型をダイにおいて使用し、該雌種
型の各微細特徴を所望の分解能で複製することができる
セラミック粉末から所望の個別の要素又は構造体を成形
する。個別具体的な微細成形要素に求められる分解能に
よって、微細成形プロセスにおいてセラミックナノ粒子
を使用することが必要となる場合もある。寸法が0.1
μm程度に小さく深さが2.0μmである空間的特徴の
分解能の場合、これらの特徴を微細成形するために0.
01μm〜0.10μmの大きさのナノ粒子を使用する
ことができる。市販のセラミックナノ粒子の例としてチ
タン酸化物(TiO2 )やチタン酸カルシウム(CaT
iO3 )が挙げられ、これらを使用して深さ2.0μm
程度の空間的特徴を微細成形することができる。種型デ
バイスは、成形すべき要素又は構造体に望まれる構造を
複製するものである。次いで、得られた微細成形セラミ
ック要素を焼結する。複数の微細成形セラミック要素か
ら一体構造物を製造する場合には、焼結前にこれらの要
素を最初に組み立てる。焼結によって、要素組立体が統
合されて連続した一体構造物が形成されることになる。
さらに、成形法を変えることにより様々な要素を製作す
ることができ、また焼結を介して一体化することで単一
構造物を得ることができる。すなわち、乾式プレス法、
常温等圧プレス法、テープキャスト法、ゲルキャスト
法、射出成形法及び/又は押出成形法により成形又は微
細成形された各種要素を、焼結により統合して単一の連
続した一体構造物を得ることができる。さらに、単一要
素、又は別法として複数の要素を、同一の金型キャビテ
ィから、好ましくは乾式プレス法、又は別法として常温
等圧プレス法で、同時に成形することができる。複数の
要素を同時成形するためには、シート状の一体型要素を
製造する雌種型が得られるような形状の一体種型デバイ
スを得る必要がある。次いで、一体成形されたシート状
要素を切断して個々の要素を得ることができる。
Briefly stated, these and many other features, objects, and advantages of the present invention are apparent from the detailed description, the claims, and the accompanying drawings. These features, objectives and advantages are first mastered using silicon wafers and dry etching techniques.
old) achieved by making the device. Spatial features with a minimum lateral dimension of the order of 0.1 μm and a depth ranging from 0.1 μm to the thickness of the silicon wafer can be etched onto the silicon wafer and replicated by silicone rubber . The silicon mold device is then placed in a surrounding mold and the surrounding mold is filled with silicone or silicone rubber, preferably an RTV.
A negative master mold is made by loading (trademark) (room temperature vulcanizable silicone rubber compound). Such a material replicates each of the micro-features of the prototype device in great detail with a resolution of the order of 0.1 μm. The female mold is then used in a die to mold the desired individual elements or structures from the ceramic powder that can replicate each microfeature of the female mold at the desired resolution. Depending on the resolution required for each particular micro-molding element, it may be necessary to use ceramic nanoparticles in the micro-forming process. Dimension is 0.1
With a resolution of spatial features as small as about μm and a depth of 2.0 μm, it may be necessary to reduce the size of these features to 0.1 μm in order to fine-shape these features.
Nanoparticles with a size between 01 μm and 0.10 μm can be used. Examples of commercially available ceramic nanoparticles include titanium oxide (TiO 2 ) and calcium titanate (CaT).
iO 3 ), which are used to a depth of 2.0 μm
A degree of spatial characteristics can be finely shaped. A prototype device replicates the desired structure of the element or structure to be molded. Then, the obtained micro-formed ceramic element is sintered. If a monolith is to be produced from a plurality of microformed ceramic elements, these elements are first assembled before sintering. Sintering will integrate the element assemblies to form a continuous, unitary structure.
Further, various elements can be manufactured by changing the molding method, and a single structure can be obtained by integrating through sintering. That is, dry press method,
A single continuous integrated structure is obtained by integrating various components molded or finely molded by a normal temperature isopressing method, a tape casting method, a gel casting method, an injection molding method and / or an extrusion molding method by sintering. be able to. Furthermore, a single element, or alternatively multiple elements, can be molded simultaneously from the same mold cavity, preferably by dry pressing, or alternatively by cold isostatic pressing. In order to simultaneously mold a plurality of elements, it is necessary to obtain an integral type device having such a shape that a female mold for producing a sheet-like integral element can be obtained. The integrally formed sheet-like element can then be cut to obtain individual elements.

【0005】発明の詳細な説明 本発明の微細成形法を使用することにより多種多様な要
素及び構造体を製造することができる。さらに、微細成
形法はこのような要素及び構造体の大量生産に有用であ
る。このため、本発明の微細成形法は、画像投影システ
ムのための光反射装置、マイクロマグネット、モータ
ー、光変調器、トランスデューサー、アクチュエーター
及びセンサーのような微小電気機械装置の製造に有効利
用することができる。加えて、本発明の微細成形法を利
用して、ギア、スクリュー、ボルト、ナット、スプリン
グ、構造用部材、等のような微小機械部品を製造するこ
ともできる。
[0005] can be prepared a wide variety of elements and structures by the use of fine molding DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION. In addition, microforming techniques are useful for mass production of such elements and structures. Therefore, the micro-molding method of the present invention can be effectively used for manufacturing micro-electro-mechanical devices such as light reflecting devices, micro magnets, motors, light modulators, transducers, actuators and sensors for image projection systems. Can be. In addition, micro-mechanical parts such as gears, screws, bolts, nuts, springs, structural members, etc. can be manufactured using the micro-forming method of the present invention.

【0006】本発明の方法を実施する際に用いるために
選定されるセラミックは、微細成形法において成形され
る個別具体的な要素又は構造体の複雑な「微細特徴」の
すべてが非常に高い精度で複製されるよう、非常に細か
い粒子を使用して加工されなければならない。本明細書
中の用語「微細特徴」とは、少なくとも一つの寸法が
0.1μm〜1000μmの範囲にある要素又は構造体
の空間的特徴を意味する。本明細書中の用語「微細成
形」およびその変形は、少なくとも一つの寸法が0.1
μm〜1000μmの範囲にある空間的特徴を含む要素
又は構造体を成形することを意味する。セラミック粉末
の平均粒径は、一般に0.1μm〜0.3μmの範囲と
すべきである。個別具体的な要素又は構造体の微細特徴
が細かいほど、セラミック粉末の粒径も小さくあるべき
である。一般に、この粒径は、成形される特徴の最小寸
法の10%であるべきである。従って、例えば、微細成
形すべき要素に含まれる複雑な特徴の大きさが最小で
0.1μm×0.1μm×2μmに至る場合には、粒径
0.01μm〜0.02μmのセラミックナノ粒子を使
用すべきである。個別具体的な要素又は構造体の微細成
形に使用するために選ばれるセラミック粉末は、その要
素又は構造体の最終的な用途にも依存しうる。例えば、
該要素又は構造体は、電気絶縁体とすべき場合、導電性
とすべき場合、可視スペクトルの光を反射すべき場合、
等がありうる。選ばれたセラミック粉末は、個別具体的
な要素又は構造体に求められる特性を付与できることが
必要である。
[0006] The ceramic selected for use in practicing the method of the present invention is characterized in that all of the complex "micro-features" of the individual concrete elements or structures formed in the micro-forming process are of very high precision. Must be processed using very fine particles to be replicated in. As used herein, the term “micro-feature” means a spatial feature of an element or structure having at least one dimension in the range of 0.1 μm to 1000 μm. As used herein, the term “microforming” and variations thereof refer to at least one dimension of 0.1 micron.
It refers to molding elements or structures that include spatial features in the range of μm to 1000 μm. The average particle size of the ceramic powder should generally be in the range of 0.1 μm to 0.3 μm. The finer the micro-features of a particular element or structure, the smaller the particle size of the ceramic powder. Generally, this particle size should be 10% of the smallest dimension of the feature being molded. Therefore, for example, when the size of a complex feature included in an element to be micro-formed reaches a minimum of 0.1 μm × 0.1 μm × 2 μm, ceramic nanoparticles having a particle size of 0.01 μm to 0.02 μm are used. Should be used. The ceramic powder selected for use in micro-compacting a particular element or structure may also depend on the ultimate use of the element or structure. For example,
The element or structure should be an electrical insulator, if it should be conductive, if it should reflect light in the visible spectrum,
And so on. The selected ceramic powder must be capable of imparting the required properties to the particular element or structure.

【0007】本発明の方法をある程度詳細に説明するた
めには、成形すべき要素の例を挙げて説明する必要があ
る。そこで、以下、本発明のセラミック微細成形法を具
体的な(但し、単なる例示にすぎない)光反射装置の微
細成形に関して説明する。まず図1には、例示として微
細成形された一体セラミック光反射装置10の部分分解
透視図が示されている。光反射装置10は、画像投影シ
ステムに使用するために設計されている。微細成形され
た一体セラミック光反射装置10は、上面14にキャビ
ティ16が成形されているセラミックベース要素12を
含む。キャビティ16の一端から少なくとも一つのビー
ム18が張り出している(図1には二つのビーム18が
示されている)。各ビームは、片持ちばりのようにキャ
ビティ16の上に張り出している。
In order to explain the method of the present invention in some detail, it is necessary to describe the example of the element to be molded. Therefore, the ceramic fine molding method of the present invention will be described below with respect to the specific (but merely illustrative) fine molding of a light reflecting device. First, FIG. 1 shows a partially exploded perspective view of an integrated ceramic light reflecting device 10 which is finely molded as an example. Light reflecting device 10 is designed for use in an image projection system. The micro-shaped integral ceramic light reflecting device 10 includes a ceramic base element 12 having a cavity 16 formed in an upper surface 14. At least one beam 18 extends from one end of the cavity 16 (two beams 18 are shown in FIG. 1). Each beam overhangs the cavity 16 like a cantilever.

【0008】図2には、反射装置10の断面図が示され
ている。キャビティ16の上に張り出しているビーム1
8には導電性セラミック層又はリボン20が積層されて
おり、これがまた可視輻射スペクトルの良好な反射体で
もある。キャビティ16のベースの上には、同様にセラ
ミックである積層導体22が設けられている。リボン2
0は、窒化チタン(TiN)をテープキャストして形成
することが好ましい。窒化チタンは導電性であると共に
光反射性を示す。リボン20の製作には炭化チタン(T
iC)、ホウ化チタン(TiB2 )及び炭化ホウ素(B
4 C)のような他の導電性セラミックスを使用してもよ
い。しかしながら、このようなセラミックスは可視スペ
クトルの光に対して良好な反射体とはならない。従っ
て、このような他のセラミックスをリボン20に用いる
場合には、リボン20の上に金、銀又はアルミニウムの
ような光反射性の被覆を設ける必要がある。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the reflection device 10. Beam 1 overhanging cavity 16
8 is laminated with a conductive ceramic layer or ribbon 20, which is also a good reflector of the visible radiation spectrum. On the base of the cavity 16 is provided a laminated conductor 22, also made of ceramic. Ribbon 2
0 is preferably formed by tape-casting titanium nitride (TiN). Titanium nitride is both conductive and light reflective. For the production of the ribbon 20, titanium carbide (T
iC), titanium boride (TiB 2 ) and boron carbide (B
4 C) other conductive ceramic may be used, such as. However, such ceramics are not good reflectors for light in the visible spectrum. Therefore, when such other ceramics are used for the ribbon 20, it is necessary to provide a light-reflective coating such as gold, silver or aluminum on the ribbon 20.

【0009】積層導体22は、導電性セラミック材料か
らテープキャスト法で形成することも好ましい。積層導
体22は可視スペクトルの光に対して反射性である必要
はないため、積層導体22を設けるために用いられるセ
ラミックは、炭化チタン(TiC)、ホウ化チタン(T
iB2 )、炭化ホウ素(B4 C)、その他公知の導電性
セラミックスであることができる。以下、詳述するよう
に、セラミックリボン20及び積層導体22は、どちら
も反射装置10上のそれぞれ所定の位置で焼結される。
The laminated conductor 22 is also preferably formed from a conductive ceramic material by a tape casting method. Since the laminated conductor 22 does not need to be reflective to light in the visible spectrum, the ceramic used to provide the laminated conductor 22 may be titanium carbide (TiC), titanium boride (T
iB 2 ), boron carbide (B 4 C), and other known conductive ceramics. As will be described in detail below, both the ceramic ribbon 20 and the laminated conductor 22 are sintered at predetermined positions on the reflecting device 10, respectively.

【0010】図3には、図2の反射装置10が、概略的
に図示した光止め24、レンズ26及び表示スクリーン
28との関連で示されている。光源30からセラミック
リボン20に入射する光は、ビーム18が撓んでいない
位置にある場合にはビーム18の表面に対し、すなわち
セラミックリボン20に対し、垂直である。ビーム18
がこの撓んでいない位置にある場合には、反射光が光止
め24を、そしてレンズ26を通過して表示スクリーン
28の上に至ることはない。活性化電極として働くリボ
ン20に電位をかけると、接地電極として働くキャビテ
ィ16のベースにおける積層導体22に対する静電引力
がリボン20に働く。この静電引力により、図3に示し
たようにビーム18がキャビティ16の内部に向けて下
方に撓む。ビーム18が撓んだ位置にある場合には、ビ
ーム18の表面にある反射性セラミックリボン20の上
に光源30から入射する光は、光止め24及びレンズ2
6を通過して表示スクリーン28の上に至るような角度
で反射される。従って、本発明の微細成形反射装置10
をピクセルと同等視すると、本発明の反射装置10を用
いて単一ピクセルのための一定の表面への光の出力を制
御することができる。このように、反射装置10はデジ
タル表示や印刷用途に容易に適用することができる。
FIG. 3 shows the reflecting device 10 of FIG. 2 in the context of a schematically illustrated light stop 24, lens 26 and display screen 28. Light incident on the ceramic ribbon 20 from the light source 30 is perpendicular to the surface of the beam 18 when the beam 18 is in an undeflected position, that is, to the ceramic ribbon 20. Beam 18
Is in this undeflected position, no reflected light will pass through the light stop 24 and through the lens 26 onto the display screen 28. When a potential is applied to the ribbon 20 acting as an activation electrode, an electrostatic attraction to the laminated conductor 22 at the base of the cavity 16 acting as a ground electrode acts on the ribbon 20. Due to this electrostatic attraction, the beam 18 is bent downward toward the inside of the cavity 16 as shown in FIG. When the beam 18 is in the deflected position, light incident from the light source 30 onto the reflective ceramic ribbon 20 on the surface of the beam 18 is blocked by the light stop 24 and the lens 2.
6 and is reflected at an angle such that it reaches the display screen 28. Therefore, the micro-shaped reflection device 10 of the present invention
Equivalent to a pixel, the reflective device 10 of the present invention can be used to control the output of light to a certain surface for a single pixel. Thus, the reflection device 10 can be easily applied to digital display and printing.

【0011】ベース要素12の表面14にドライブ及び
コントロール電子部品包装体32(図1参照)を固定す
る。ドライブ及びコントロール電子部品包装体32から
延びる端子33をベース要素12の表面の一対の導体ト
レース34にはんだ付けして接続する。一対の導体トレ
ース34は、ドライブ及びコントロール電子部品包装体
32をビーム18上のリボン20に接続する。さらに、
ベース要素12の表面には導体36、38及び電気入力
端子38がトレースされている。ドライブ及びコントロ
ール電子部品包装体32から突き出ている入力端子37
及び電気入力端子39を制御するため、それぞれ導体3
6、38をはんだ付けで接続する。
A drive and control electronics package 32 (see FIG. 1) is secured to the surface 14 of the base element 12. Terminals 33 extending from the drive and control electronics package 32 are soldered and connected to a pair of conductor traces 34 on the surface of the base element 12. A pair of conductor traces 34 connect the drive and control electronics package 32 to the ribbon 20 on the beam 18. further,
Conductors 36, 38 and electrical input terminals 38 are traced on the surface of the base element 12. Input terminal 37 protruding from drive and control electronic component package 32
And conductors 3 to control the electrical input terminals 39, respectively.
6, 38 are connected by soldering.

【0012】当業者であれば、反射性で且つ導電性のリ
ボン20が片持ちばり形ビーム18と共に撓むことが理
解できるであろう。このような場合、リボン20が単に
ビーム18の表面に付着されているならば、ビーム18
とリボン20が頻繁に撓むことによりリボン20に応力
が加わり、リボン20が破損したり、リボン20がビー
ム18の表面から剥離したりすることになる恐れがあ
る。この種の破損の可能性は、ビーム18の表面上の所
定の場所にリボン20を焼結し、リボン20がビーム1
8に一体結合されるようにすることによって取り除かれ
る。
Those skilled in the art will appreciate that the reflective and conductive ribbon 20 will flex with the cantilever beam 18. In such a case, if ribbon 20 is simply adhered to the surface of beam 18, beam 18
When the ribbon 20 flexes frequently, stress is applied to the ribbon 20, and the ribbon 20 may be damaged, or the ribbon 20 may be separated from the surface of the beam 18. The possibility of this type of breakage is that the ribbon 20 is sintered in place on the surface of the beam 18 and the ribbon 20
8 by being integrally joined.

【0013】セラミック光反射装置10を微細成形する
ためには、まずシリコンウェハーと乾式エッチング技法
を用いて種型デバイス40(図4及び図5参照)を製作
することが必要である。シリコンウェハーと乾式エッチ
ング技法により、ベース要素12のための構造的特徴
(大きさが最小で0.1μm×0.1μm×2.0μ
m)を所望の分解能で具備した種型デバイス40を製作
することができる。種型デバイス40は、その上面に
(およそ1mm×1mm×深さ0.1mmの寸法を有す
る)キャビティ42と、これと連続しているより小さな
くぼみ44とを含む。次いで、このシリコン種型40を
周囲金型48の中に配置することによって雌種型46
(図6参照)を製作する。雌種型46を製作するための
材料としては、シリコーン又はシリコーンゴム、例えば
ジメチルシロキサン又はRTV(商標)(室温加硫性シ
リコーンゴム化合物)を使用する。このような材料は、
種型デバイス40の微細特徴を非常に詳細に(大きさが
最小で0.1μm×0.1μm×2μmになるまで)複
製する。次いで、雌種型46を金属ダイ49(図7参
照)に取り付け、これを使用して本発明の光反射装置1
0のベース要素12を製作する。次いで、特定のセラミ
ック粉末の微細粒状物をスプレードライヤー中で有機結
合剤と混合し、例えば、RTV(商標)からできた雌種
型46を含有するダイ49に注入する。次いで、セラミ
ック粉末と有機結合剤の混合物を、ロッド部材54に取
り付けられた圧縮板52によって、好ましくは約6.9
×107 Pa(10,000psi)であって、約1.
03×108 Pa(15,000psi)を超えない圧
力で、一軸方向に圧縮し、未処理ベース要素50を得
る。同一の型キャビティから、好ましくは乾式プレス法
又は別法として常温等圧プレス法で、単一のベース要素
12又は別法として複数のベース要素12を同時に成形
することができる。もちろん、複数のベース要素12を
同時に成形するため、シート状の一体形ベース要素12
を製造する雌種型が得られるような形状の一体種型デバ
イスを得る必要がある。次いで、一体成形されたシート
状ベース要素12を切断して個々のベース要素12を得
ることができる。
In order to finely mold the ceramic light reflecting device 10, it is necessary to first manufacture a seed device 40 (see FIGS. 4 and 5) using a silicon wafer and a dry etching technique. Due to the silicon wafer and the dry etching technique, the structural features for the base element 12 (minimum size 0.1 μm × 0.1 μm × 2.0 μm)
m) at a desired resolution can be manufactured. The prototype device 40 includes a cavity 42 (having dimensions of approximately 1 mm × 1 mm × 0.1 mm depth) on its upper surface, and a smaller recess 44 continuous therewith. The silicon mold 40 is then placed in a surrounding mold 48 to create a female mold 46.
(See FIG. 6). Silicone or silicone rubber, for example, dimethylsiloxane or RTV ™ (room temperature vulcanizable silicone rubber compound) is used as a material for fabricating the female mold 46. Such materials are
The fine features of the prototype device 40 are replicated very finely (until the size is at least 0.1 μm × 0.1 μm × 2 μm). Next, the female mold 46 is attached to a metal die 49 (see FIG. 7), and the light reflection device 1 of the present invention is used by using this.
0 base element 12 is manufactured. The fine granules of the particular ceramic powder are then mixed with an organic binder in a spray dryer and poured into a die 49 containing a female mold 46 made, for example, from RTV ™. The mixture of ceramic powder and organic binder is then dispensed by a compression plate 52 attached to a rod member 54, preferably about 6.9.
× 10 7 Pa (10,000 psi) and about 1.
In 03 × 10 8 Pa (15,000psi) not exceeding pressure, compressed uniaxially to obtain a raw base element 50. A single base element 12 or alternatively multiple base elements 12 can be formed simultaneously from the same mold cavity, preferably by dry pressing or alternatively by cold isostatic pressing. Of course, since a plurality of base elements 12 are formed at the same time, a sheet-like integrated base element 12
It is necessary to obtain an integrated-type device having such a shape that a female-type die for producing the same can be obtained. Then, the integrally formed sheet-like base element 12 can be cut to obtain individual base elements 12.

【0014】光反射装置10の微細成形のために選ばれ
るセラミックは、微細成形工程中、反射装置10の複雑
な特徴のすべてが非常に高精度に複製されるよう、非常
に細かい粒子を用いて製作されなければならない。本発
明の方法において、反射装置10のベース要素12を、
その予め圧縮され予備焼結された形態で形成するために
用いられる粉末は、ジルコニウム酸化物をイットリア、
セリア、カルシア及び/又はマグネシアから成る群より
選ばれた一種以上の第二酸化物粉末で合金化したものを
含む。この粉末は、本質的に正方晶相で立方晶相及び単
斜晶相を含まない結晶粒構造から成る本発明のセラミッ
クを得るための特定の特性を有するべきである。粉末の
粒径及び分布は、均一であって、凝集体の大きさが30
μm〜60μmの範囲にあり平均が50μmであること
が必要である。「凝集体」はセラミック粉末の個々の粒
子の集合体として定義することができ、各粒子は多数の
結晶粒を含むことができる。「結晶粒」は、粒子内部の
結晶であって、隣接する結晶粒とは整合していない又は
区別できる空間配位(spatial orientation) を有するも
のとして定義することができる。結晶粒の大きさは0.
1μm〜6μmの範囲にあるべきで、好ましい大きさは
0.3μmである。本明細書中の用語「ネットシェイ
プ」は、例えば、ネットシェイプセラミック又はネット
シェイプ部品というように使用されているが、焼結後に
寸法が変化しないので所期の作業環境において使用する
前にさらに機械加工する必要のないことを意味する。換
言すると、未処理部品とセラミックのどちらの寸法も、
未処理部品の焼結時の収縮量が予測できるという点で予
測できるため、所定の形状及び寸法に適合するセラミッ
ク部品が得られる。ネットシェイプセラミックに対する
圧縮粉体のいずれの軸に沿った収縮量も、密接で予測可
能な寸法許容差を得て本発明のネットシェイプセラミッ
クを製造するためには0.001%未満でなければなら
ない。次いで、このような部品は、機械加工を行わなく
ても所期の用途に配置することができる。材料の純度に
ついても99.9〜99.99重量%の範囲で十分に制
御することが必要であり、すなわち、不純物の存在量は
0.1〜0.01重量%以下であることが必要である。
The ceramic selected for the micro-molding of the light reflector 10 uses very fine particles so that all of the complex features of the reflector 10 are replicated with very high precision during the micro-molding process. Must be made. In the method of the present invention, the base element 12 of the reflecting device 10 is
The powder used to form its pre-compressed and pre-sintered form is zirconium oxide yttria,
Includes those alloyed with one or more second oxide powders selected from the group consisting of ceria, calcia, and / or magnesia. This powder should have certain properties to obtain the ceramics of the present invention consisting essentially of a tetragonal phase and a grain structure free of cubic and monoclinic phases. The particle size and distribution of the powder is uniform and the size of the agglomerates is 30
It needs to be in the range of μm to 60 μm and the average is 50 μm. "Agglomerates" can be defined as aggregates of individual particles of a ceramic powder, each of which can include multiple grains. A “grain” can be defined as a crystal inside a grain that has a spatial orientation that is inconsistent or distinguishable from adjacent grains. The size of the crystal grains is 0.
It should be in the range 1 μm to 6 μm, the preferred size being 0.3 μm. The term "net-shape" herein is used, for example, as a net-shaped ceramic or a net-shaped part, but does not change in dimensions after sintering and thus requires additional mechanical processing before use in the intended working environment. No processing is required. In other words, the dimensions of both the green part and the ceramic are
Since it is possible to predict the amount of shrinkage during sintering of the unprocessed part, it is possible to obtain a ceramic part having a predetermined shape and size. The amount of shrinkage of the compressed powder along any axis relative to the net-shaped ceramic must be less than 0.001% to produce a net-shaped ceramic of the present invention with tight and predictable dimensional tolerances. . Such parts can then be placed in the intended application without any machining. The purity of the material also needs to be sufficiently controlled in the range of 99.9 to 99.99% by weight, that is, the amount of impurities needs to be 0.1 to 0.01% by weight or less. is there.

【0015】粉末の含水量は、圧縮時の粉末体積に対し
て0.2〜1.0体積%の範囲に維持すべきである。粉
末が乾燥しすぎているとセラミックの多孔性が高くなり
すぎ、反対に含水量が高すぎると未処理部品が型面から
良好に離型しなくなる場合がある。好適な含水量は0.
5%である。
The water content of the powder should be kept in the range of 0.2 to 1.0% by volume, based on the volume of the powder when compacted. If the powder is too dry, the porosity of the ceramic becomes too high, while if the water content is too high, the untreated part may not be released from the mold surface well. The preferred water content is 0.1.
5%.

【0016】粉末はダイプレス等の手段によって圧縮さ
れて未処理部品になる。本明細書中の用語「未処理部
品」は、粉末が圧縮された焼結前の状態にあることを意
味する。粉末は、均一な密度を有する未処理部品を得る
ために粉末に均一な圧縮力を加えることによって圧縮さ
れるべきである。均一な圧縮力を達成する好適な圧縮装
置は、浮動式金型ダイプレスである。未処理部品は、焼
結後にネットシェイプセラミック物品が得られるように
作業員によって選定された所定の密度を有するべきであ
る。例えば、本明細書に記載の具体的組成を有する粉末
(イットリア、セリア、カルシア及び/又はマグネシア
を合金化したジルコニア)の場合、好ましい未処理部品
密度は3.0g/cc〜3.5g/ccの範囲である。
圧縮圧により未処理部品の密度が決まり、その結果セラ
ミックの密度が決まる。圧縮圧が低すぎると、セラミッ
クは所望の密度よりも低い密度を示し、所望のネットシ
ェイプを達成できないことがある。圧縮圧が高すぎる
と、未処理部品は離層を起こし、所期の用途、例えば、
切削用として欠陥のあるセラミックとなる場合がある。
上記合金化ジルコニア粉末の圧縮圧は、約6.9×10
7 〜約1.03×108Pa(10,000〜15,0
00psi)の範囲とすべきであり、好適な圧縮圧は約
8.3×107 Pa(12,000psi)である。
The powder is compressed into a green part by means such as a die press. As used herein, the term "green part" means that the powder is in a compressed, unsintered state. The powder should be compacted by applying a uniform compressive force to the powder to obtain a green part having a uniform density. A preferred compression device to achieve a uniform compression force is a floating mold die press. The green part should have a predetermined density selected by the operator to obtain a net-shaped ceramic article after sintering. For example, for powders having the specific composition described herein (zirconia alloyed with yttria, ceria, calcia, and / or magnesia), the preferred green part density is 3.0 g / cc to 3.5 g / cc. Range.
The compression pressure determines the density of the green part and consequently the density of the ceramic. If the compression pressure is too low, the ceramic will exhibit a lower density than desired and may not achieve the desired net shape. If the compression pressure is too high, the untreated part will delaminate, and the intended application, for example,
Ceramics with defects for cutting may be obtained.
The compression pressure of the alloyed zirconia powder is about 6.9 × 10
7 to about 1.03 × 10 8 Pa (10,000 to 15.0
00 psi) and a preferred compression pressure is about 8.3 × 10 7 Pa (12,000 psi).

【0017】圧縮時間については、選定した圧縮圧に応
じて作業員が容易に決めることができる。圧縮時間は、
例えば、圧縮圧が約6.9×107 〜約1.03×10
8 Pa(10,000〜15,000psi)の範囲で
は60秒〜10秒の範囲とすることができ、また圧縮圧
が約8.3×107 Pa(12,000psi)の場合
には30秒とすることができる。本発明によるネットシ
ェイプセラミックを製造するため、粉末を圧縮して特定
の粉末について所定の密度、例えば3.0g/cc〜
3.5g/ccを有する未処理部品を形成するために十
分な時間、圧縮を実施する。作業員が選定する圧縮圧及
び圧縮時間が最終部品の大きさに依存しうることは周知
である。一般に、部品が大きくなるにつれ、圧縮圧及び
/又は圧縮時間も増大する。
The compression time can be easily determined by an operator according to the selected compression pressure. The compression time is
For example, when the compression pressure is about 6.9 × 10 7 to about 1.03 × 10
In the range of 8 Pa (10,000 to 15,000 psi), the range can be 60 seconds to 10 seconds, and when the compression pressure is about 8.3 × 10 7 Pa (12,000 psi), 30 seconds. It can be. To produce a net-shaped ceramic according to the present invention, the powder is compacted to a certain density for a particular powder, for example, from 3.0 g / cc.
The compression is performed for a time sufficient to form a green part having 3.5 g / cc. It is well known that operator selected compression pressure and compression time can depend on the size of the final part. Generally, as components become larger, the compression pressure and / or compression time increase.

【0018】粉末の圧縮は、ポリビニルアルコール、ゼ
ラチン又はポリエステルイオノマーのような水溶性有機
結合剤の存在下で行われる。該結合剤は、粉末を圧縮装
置に装填する前に、例えばスプレー乾燥法やボールミル
粉砕法により、粉末に添加して混合することができる。
The compaction of the powder is performed in the presence of a water-soluble organic binder such as polyvinyl alcohol, gelatin or a polyester ionomer. The binder can be added to the powder and mixed by, for example, a spray drying method or a ball milling method before loading the powder into a compression device.

【0019】光反射装置10を微細成形するため、平均
粒径が0.3μmのジルコニア粒子を使用する。この粒
径により、3μm×3μm程度の微小な特徴の微細成形
を通して複製が可能となる。このように、シリコン種型
デバイス40の構造は、画像投影システムにおいて使用
するための光反射装置の製造に必要な解像度で実質的に
複製されることができる。もちろん、要求される解像度
は、微細成形される個別具体的な要素又は物品によって
変動する。例えば、光反射装置10の成形ではなく、成
形すべき物品が寸法許容差0.1μmで2μm程度の微
細特徴を有するマイクロギアである場合、選定されるセ
ラミックは平均粒径0.02μmを可能とするTiO2
が適当であろう。
In order to finely mold the light reflecting device 10, zirconia particles having an average particle diameter of 0.3 μm are used. Due to this particle size, replication becomes possible through fine molding of minute features of about 3 μm × 3 μm. In this way, the structure of the silicon-type device 40 can be substantially replicated at the resolution required for the manufacture of a light reflecting device for use in an image projection system. Of course, the required resolution will depend on the particular element or article to be microformed. For example, if the article to be molded is a microgear having fine features of about 2 μm with a dimensional tolerance of 0.1 μm instead of molding the light reflection device 10, the selected ceramic can have an average particle size of 0.02 μm. TiO 2
Would be appropriate.

【0020】セラミック光反射装置10のベース要素1
2は、例えばイットリア、セリア、カルシア及び/又は
マグネシアのような第二酸化物粉末の一種以上を合金化
したジルコニアの微小粒子(0.1〜0.3μm)から
製造することができる。イットリア又はカルシアを選択
した場合、そのモル%は0.5〜5.0の範囲となる。
マグネシアの場合、そのモル%は0.1〜1.0の範囲
となる。該第二酸化物は、物理的に混合してもよいが、
共沈法により化学的に混合することが好ましい。次い
で、合金化された粉末を、ポリビニルアルコールのよう
な有機結合剤2〜5重量%と共にボールミル粉砕してス
プレー乾燥させる。
The base element 1 of the ceramic light reflecting device 10
2 can be produced from zirconia microparticles (0.1-0.3 μm) alloyed with one or more of the second oxide powders such as yttria, ceria, calcia and / or magnesia. If yttria or calcia is selected, its mol% will be in the range of 0.5 to 5.0.
In the case of magnesia, its mol% is in the range of 0.1 to 1.0. The second oxide may be physically mixed,
It is preferable to mix chemically by a coprecipitation method. The alloyed powder is then ball milled and spray dried with 2-5% by weight of an organic binder such as polyvinyl alcohol.

【0021】未処理ベース要素50は、最初は所定の位
置にビーム18を含むことなく成形される。図8に示し
たように、焼結前に、未処理ベース要素50の上に、別
途成形した未処理ビーム56を配置する。未処理ビーム
56は、未処理ベース要素50の製作に用いたものと同
じ合金化セラミックジルコニア粉末を使用して乾式プレ
ス法又はテープキャスト法で独立して成形される。未処
理ベース要素50の場合と同様、未処理段階で、一つ以
上の未処理ビーム56を単一のキャビティ型で製作した
後、これを切断又はスライスして単一の未処理ビーム5
6にすることができる。ここでも同様に、イットリア又
はカルシアを選択した場合、そのモル%は0.5〜5.
0の範囲となる。マグネシアの場合、そのモル%は0.
1〜1.0の範囲となる。該第二酸化物は、物理的に混
合してもよいが、共沈法により化学的に混合することが
好ましい。重要なことは、正方晶ジルコニア多結晶構造
を得るために上記比率でセラミック粉末を合金化するこ
とである。正方晶ジルコニア多結晶構造(焼結後)によ
り、ビーム18は良好な曲げ性能と共に耐破壊性や耐疲
労破損性を示すことができる。これらの特性は、各ビー
ム18がその寿命の間に撓まない位置と撓む位置との間
のサイクルを何百万回も求められうる場合には必要であ
る。
The green base element 50 is initially formed without the beam 18 in place. As shown in FIG. 8, a separately shaped green beam 56 is placed on the green base element 50 before sintering. The green beam 56 is independently formed by dry pressing or tape casting using the same alloyed ceramic zirconia powder used to fabricate the green base element 50. As with the unprocessed base element 50, in the unprocessed stage, one or more unprocessed beams 56 are fabricated in a single cavity mold and then cut or sliced into a single unprocessed beam 5.
It can be 6. Here, similarly, when yttria or calcia is selected, its mol% is 0.5 to 5.
The range is 0. In the case of magnesia, its mol% is 0.1.
It is in the range of 1 to 1.0. The second oxide may be physically mixed, but is preferably chemically mixed by a coprecipitation method. The important thing is to alloy the ceramic powder at the above ratio to obtain a tetragonal zirconia polycrystalline structure. Due to the tetragonal zirconia polycrystalline structure (after sintering), the beam 18 can exhibit good bending performance as well as fracture resistance and fatigue fracture resistance. These properties are necessary where millions of cycles between the position where each beam 18 does not flex and its flexure during its life can be determined.

【0022】未処理ビーム56を、微細成形した未処理
ベース要素50の上に、未処理ビーム56の一端をくぼ
み44に挿入して配置する。図8に示したように、未処
理ビーム56の上及びキャビティ62の底面の上に、好
ましくはMylar(商標)支持体ウェブの上に導電性
セラミックをテープキャストすることにより製作した未
処理リボン又は積層体58及び未処理積層導体60をそ
れぞれ配置する。未処理リボン58及び未処理積層導体
60を製作するためにテープキャスト法において用いら
れるセラミックは、導電性セラミック材料でなければな
らない。さらに、(焼結後に最終的にリボン20とな
る)未処理リボン58を製作するためにテープキャスト
法において用いられるセラミックは、可視光に対して高
い反射性を示すことも必要である。未処理リボン58は
窒化チタン(TiN)をテープキャストすることにより
形成されることが好ましい。窒化チタンは導電性である
と共に光反射性を示す。未処理リボン58の製作には炭
化チタン(TiC)、ホウ化チタン(TiB2 )及び炭
化ホウ素(B4 C)のような他の導電性セラミックスを
使用してもよい。しかしながら、このようなセラミック
スは可視スペクトルの光に対して良好な反射体とはなら
ない。従って、このような他のセラミックスをリボン2
0に用いる場合には、焼結後、リボン20に光反射性の
オーバーレイ又はコーティングを設ける必要がある。焼
結後に金や銀のコーティング又はオーバーレイ(広く
「積層体」に含めることができる)を設けることで、リ
ボン20に使用可能な光反射性表面が付与される。未処
理積層導体60についても、導電性セラミック材料から
テープキャスト法で形成することが好ましい。(焼結後
に最終的に積層導体22となる)未処理積層導体60
は、可視スペクトルの光に対して高い反射率を示さない
ことが好ましいため、未処理積層導体60を得るために
用いられるセラミックは、公知の各種導電性セラミック
スの一種とすることができる。このような導電性セラミ
ックスとして、炭化チタン(TiC)、炭化ホウ素(B
4 C)、炭化タングステン(WC)、ホウ化チタン(T
iB2 )やホウ化ジルコニウム(ZrB2 )のようなホ
ウ化物、ケイ化モリブデン(MoSi2 )やケイ化ニオ
ブ(Nb2 Si5 )のようなケイ化物、及びその他公知
の導電性セラミックスが挙げられる。
An untreated beam 56 is placed over the microformed untreated base element 50 with one end of the untreated beam 56 inserted into the recess 44. As shown in FIG. 8, a green ribbon or green ribbon made by tape-casting a conductive ceramic on the green beam 56 and on the bottom of the cavity 62, preferably on a Mylar ™ support web. The laminated body 58 and the unprocessed laminated conductor 60 are arranged. The ceramic used in the tape casting process to make the green ribbon 58 and green laminate conductor 60 must be a conductive ceramic material. In addition, the ceramic used in the tape casting process to produce the untreated ribbon 58 (which will eventually become the ribbon 20 after sintering) must also exhibit high reflectivity to visible light. The untreated ribbon 58 is preferably formed by tape casting titanium nitride (TiN). Titanium nitride is both conductive and light reflective. Other conductive ceramics such as titanium carbide (TiC), titanium boride (TiB 2 ), and boron carbide (B 4 C) may be used to fabricate the green ribbon 58. However, such ceramics are not good reflectors for light in the visible spectrum. Therefore, such other ceramics are transferred to the ribbon 2
If used, the ribbon 20 must be provided with a light reflective overlay or coating after sintering. The provision of a gold or silver coating or overlay (which can be broadly included in a “laminate”) after sintering provides a usable light reflective surface for the ribbon 20. The unprocessed laminated conductor 60 is also preferably formed by tape casting from a conductive ceramic material. Unprocessed laminated conductor 60 (which eventually becomes laminated conductor 22 after sintering)
Does not preferably exhibit high reflectance with respect to light in the visible spectrum, the ceramic used for obtaining the unprocessed laminated conductor 60 may be one of known conductive ceramics. Such conductive ceramics include titanium carbide (TiC), boron carbide (B
4 C), tungsten carbide (WC), titanium boride (T
borides such as iB 2 ) and zirconium boride (ZrB 2 ); silicides such as molybdenum silicide (MoSi 2 ) and niobium silicide (Nb 2 Si 5 ); and other known conductive ceramics. .

【0023】未処理ビーム56と未処理リボン58は、
焼結工程中、未処理ビーム56と未処理リボン58が未
処理ベース要素50に対して動かないように固定すべき
である。固定は、くぼみ44に位置している未処理ビー
ム56と未処理リボン58の端部の上に重り66を配置
して行うことができる(図8参照)。重り66は、アル
ミナ、マグネシア又はジルコニアのような焼結酸化物セ
ラミック片から製造することができる。次いで、未処理
ベース要素50、未処理ビーム56、未処理リボン58
及び未処理積層導体60を空気中1500℃で2時間焼
結して、本発明の装置10の微細成形焼結反射体70の
基本部品を形成する。その一例を図9に示す。微細成形
焼結反射体70の基本部品は、ベース要素12、ビーム
18、反射性且つ導電性リボン20、並びに導電性積層
体22を含み、これらは焼結の結果として一体結合され
ている。未処理ベース要素50及び未処理ビーム56を
焼結するための好適な焼結スケジュールは下記の順序通
り。 (a)未処理部品を室温から300℃まで0.3℃/分
で加熱する。 (b)未処理部品を300℃から400℃まで0.1℃
/分で加熱する。 (c)未処理部品を400℃から600℃まで0.4℃
/分で加熱する。 (d)未処理部品を600℃から1500℃まで1.5
℃/分で加熱する。 (e)未処理部品を1500℃で120分間維持して焼
結反射体を形成する。 (f)焼結反射体を1500℃から800℃まで2℃/
分で冷却する。 (g)焼結反射体を800℃から室温まで1.6℃/分
で冷却し、微細成形されたセラミック反射体を形成す
る。 このような焼結スケジュールについては米国特許第5,
411,690号明細書に記載されている。この焼結ス
ケジュールは、上記の一種以上の第二酸化物でジルコニ
ウム酸化物を合金化した例に対して特殊なものである。
その他のセラミック材料やその混合物についての焼結ス
ケジュールは異なるものとなる。
The untreated beam 56 and the untreated ribbon 58 are
During the sintering process, the green beam 56 and green ribbon 58 should be secured against movement with respect to the green base element 50. The fixation can be performed by placing a weight 66 on the untreated beam 56 and the end of the untreated ribbon 58 located in the recess 44 (see FIG. 8). Weight 66 can be made from a piece of sintered oxide ceramic such as alumina, magnesia or zirconia. Next, the green base element 50, green beam 56, green ribbon 58
And sintering the unprocessed laminated conductor 60 in air at 1500 ° C. for 2 hours to form a basic part of the finely shaped sintered reflector 70 of the device 10 of the present invention. One example is shown in FIG. The basic components of the micro-formed sintered reflector 70 include a base element 12, a beam 18, a reflective and conductive ribbon 20, and a conductive laminate 22, which are joined together as a result of sintering. A preferred sintering schedule for sintering the green base element 50 and green beam 56 is as follows. (A) Heat the green parts from room temperature to 300 ° C. at 0.3 ° C./min. (B) Unprocessed parts from 300 ° C to 400 ° C at 0.1 ° C
/ Min. (C) 0.4 ° C from 400 ° C to 600 ° C for unprocessed parts
/ Min. (D) Unprocessed parts from 600 ° C to 1500 ° C for 1.5
Heat at ° C / min. (E) Maintain the untreated part at 1500 ° C. for 120 minutes to form a sintered reflector. (F) The sintered reflector is heated from 1500 ° C to 800 ° C at 2 ° C /
Cool in minutes. (G) Cool the sintered reflector from 800 ° C. to room temperature at 1.6 ° C./min to form a finely shaped ceramic reflector. For such a sintering schedule, see US Pat.
411,690. This sintering schedule is specific to the case where zirconium oxide is alloyed with one or more second oxides described above.
Sintering schedules for other ceramic materials and mixtures thereof will be different.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による微細成形された一体セラミック光
反射装置の一例を示す透視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a finely molded integrated ceramic light reflecting device according to the present invention.

【図2】図1の微細成形された一体セラミック光反射装
置を、画像投影光学系及び光源と共に、ビームが撓まな
い位置にある場合について略式図示した部分断面図であ
る。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view schematically illustrating a case where a beam is not bent, together with an image projection optical system and a light source, of the finely-molded integrated ceramic light reflecting device of FIG. 1;

【図3】図1の微細成形された一体セラミック光反射装
置を、画像投影光学系及び光源と共に、ビームが撓んで
いる位置にある場合について略式図示した部分断面図で
ある。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view schematically showing a case where the beam is bent, together with the image projection optical system and the light source, of the finely formed integrated ceramic light reflecting device of FIG. 1;

【図4】微細成形されたセラミック光反射装置のベース
要素の一例を示す透視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing an example of a base element of a finely shaped ceramic light reflecting device.

【図5】微細成形されたセラミック光反射装置のベース
要素を、図4の線5−5に沿って示す断面図である。
5 is a cross-sectional view of the base element of the micro-shaped ceramic light reflecting device, taken along line 5-5 in FIG. 4;

【図6】雌種型を製作するために用いられる成形装置の
断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a molding apparatus used for producing a female mold.

【図7】雌種型を使用して微細成形されたセラミック光
反射装置のベース要素を製作するための装置の断面図で
ある。
FIG. 7 is a cross-sectional view of an apparatus for fabricating a base element of a ceramic light reflecting device finely molded using a female mold.

【図8】焼結のために製作された未処理ベース要素及び
未処理ビームの断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of an unprocessed base element and an unprocessed beam fabricated for sintering.

【図9】本発明の微細成形された焼結反射体の一例を示
す透視図である。
FIG. 9 is a perspective view showing an example of a finely shaped sintered reflector of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…光反射装置 12…ベース要素 14…上面 16、42…キャビティ 18…ビーム 20…リボン 22…積層導体 24…光止め 26…レンズ 28…表示スクリーン 30…光源 32…電子部品包装体 33、37…端子 34…導体トレース 36、38…導体 40…種型デバイス 44…くぼみ 46…雌種型 48…周囲金型 49…ダイ 50…未処理ベース要素 52…圧縮板 54…ロッド部材 56…未処理ビーム 58…未処理リボン 60…未処理積層導体 66…重り 70…微細成形された焼結反射体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Light reflection device 12 ... Base element 14 ... Upper surface 16, 42 ... Cavity 18 ... Beam 20 ... Ribbon 22 ... Laminated conductor 24 ... Light stop 26 ... Lens 28 ... Display screen 30 ... Light source 32 ... Electronic component packaging 33, 37 ... Terminals 34 ... Conductor traces 36 and 38 ... Conductor 40 ... Type device 44 ... Indentation 46 ... Female type 48 ... Peripheral die 49 ... Die 50 ... Unprocessed base element 52 ... Compression plate 54 ... Rod member 56 ... Unprocessed Beam 58 Untreated ribbon 60 Untreated laminated conductor 66 Weight 70 Finely shaped sintered reflector

フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム ジェイ.グランデ アメリカ合衆国,ニューヨーク 14534, ピッツフォード,ヒースコート コート 5Continuation of the front page (72) Inventor William J. Grande United States, New York 14534, Pittsford, Heathcote Court 5

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記工程(a)〜(f)を含んで成るセ
ラミック要素の微細成形方法。 (a)シリコンウェハーをエッチング処理して大きさが
0.1μm〜1,000μmの範囲にある微細特徴を含
む種型を得る工程; (b)前記種型を用いて微細特徴を複製できる材料から
雌種型を形成する工程; (c)前記雌種型をダイに取り付ける工程; (d)前記ダイに平均粒径が0.01μm〜0.3μm
の範囲にあるセラミック粉末を装填する工程; (e)前記セラミック粉末を圧縮成形して未処理ベース
要素を形成する工程;及び (f)前記未処理ベース要素を焼結する工程。
1. A method for finely molding a ceramic element, comprising the following steps (a) to (f). (A) a step of etching a silicon wafer to obtain a mold including fine features having a size in the range of 0.1 μm to 1,000 μm; (b) a material capable of replicating the fine features using the mold. Forming a female mold; (c) attaching the female mold to a die; (d) having an average particle size of 0.01 μm to 0.3 μm on the die.
(E) compression molding the ceramic powder to form a green base element; and (f) sintering the green base element.
【請求項2】 下記工程(a)〜(h)を含んで成るセ
ラミック物品の微細成形方法。 (a)シリコンウェハーをエッチング処理して大きさが
0.1μm〜1,000μmの範囲にある微細特徴を含
む種型を得る工程; (b)前記種型を用いて微細特徴を複製できる材料から
雌種型を形成する工程; (c)前記雌種型をダイに取り付ける工程; (d)前記ダイに平均粒径が0.01μm〜0.3μm
の範囲にあるセラミック粉末を装填する工程; (e)前記セラミック粉末を圧縮成形して第一未処理要
素を形成する工程; (f)前記セラミック粉末から第二未処理要素を形成す
る工程; (g)前記第一未処理要素と前記第二未処理要素とを所
定の接触関係において支持する工程;及び (h)前記第一未処理要素と前記第二未処理要素とを前
記所定の接触関係においたまま焼結する工程。
2. A method for finely molding a ceramic article, comprising the following steps (a) to (h). (A) a step of etching a silicon wafer to obtain a mold including fine features having a size in the range of 0.1 μm to 1,000 μm; (b) a material capable of replicating the fine features using the mold. Forming a female mold; (c) attaching the female mold to a die; (d) having an average particle size of 0.01 μm to 0.3 μm on the die.
(E) compression molding the ceramic powder to form a first green element; (f) forming a second green element from the ceramic powder; g) supporting the first unprocessed element and the second unprocessed element in a predetermined contact relationship; and (h) supporting the first unprocessed element and the second unprocessed element in the predetermined contact relationship. Sintering process
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